执行功能的遗传机制研究

Executive funcion is core of human cognition, and decline of exetive function is symptom of many mental diseases. However, the structure or components of executive function is not quite clear, whether its components associated with different genes and whether and how genes exert influence through brain networks remains to be investigated. The current proposal addresses these question by collecting all data from 480 subjects, including a battery of executive function, genotypes of 30 pre-screened SNPs, and brain structural and functional imaging data. First, behavioral model of executive function will be constructed to get distinct components. Second, Brain networks serving each component will be identified. Third, associated genes and their network will be revealed. Lastly, all these results as well as information on gene expression will be combined to explore the pathway from gene to brain networks to executive function components. These work will further our understanding of executive function, help to develop cognitive training and brain stimulation to improve executive function, and contribute to pathology of related mental disorders. The applicant team have worked together for a long time and gained much experience, have equiped with all necessary facilities, so will carry out the project smoothly as proposed.

执行功能是人类的核心认知功能，其衰退也是精神疾病的核心症状。但是执行功能包含什么结构和成分、各成分与哪些基因相关、这些基因是否以及如何通过脑网络发挥作用，还缺乏相应研究。因此，本项目拟测查480人的全面的执行功能、前期工作筛选出的30个相关基因位点、大脑结构和功能图像等数据，对这些问题进行探索。项目将首先从行为上构建执行功能的成分模型，接着识别各成分的脑网络，然后探索各成分独特的关联基因及基因网络，最后分析基因在大脑内的表达和对大脑结构与功能的影响。通过综合基因对行为和脑的效应以及基因在其脑网络中的表达信息，解释基因和脑影响执行功能的内在机制。本项目的执行对于理解执行功能的心理内涵、开发提高执行功能的行为和脑刺激训练方案、理解相关精神疾病的发病机理和病程，都具有重要的理论和现实意义。申请人和团队具有丰富的研究经验和长期稳定的合作关系，具有所需的所有设备条件，能保证本项目按计划顺利实施。

执行功能是一个较为宽泛的心理学概念，常常涉及推理、计划、问题解决、认知灵活性、抑制控制等许多认知任务，也是记忆、语言、学习等高级认知功能的基础，是心理学研究的重要领域。但是关于执行功能的结构还存在整体性和多样性的争论，执行功能是否可以区分为不同成分以及这些成分是否有不同的脑和遗传机制还不清楚，这些成分如何受到基因和环境的共同影响也缺乏研究。本项目通过测查一批被试的多个执行功能任务、基因、脑成像数据，阐明了执行功能的刷新、转换、共同抑制是三个不同的认知成分，分别与SCFD2、WNT11、SNX19这三个基因密切相关，且三个成分分别对应不同的大脑结构网络：刷新对应着顶叶、缘上回、颞极和希氏回，转换对应脑岛和希氏回，共同抑制对应旁海马区域。基因和环境因素能交互影响执行功能，其中LAMP5、SLC4A7、LRRK1基因与亲子关系交互影响刷新能力，CALM2基因与亲子关系交互影响转换能力，FEZ2基因与亲子关系交互影响共同抑制，CNPE3基因与焦虑交互影响刷新能力。这些结果说明对于不同基因型的个体，亲子关系、焦虑等环境因素与执行功能有不同的关系。此外，我们还发现了神经递质相关的COMT和BDNF基因能够交互影响双侧额叶多个区域静息活动的局部一致性，以及五羟色胺相关的基因能够预测杏仁核体积。这些研究表明执行功能不同的成分有不同的脑和遗传基础，且受到环境因素的调节。这有助于理解执行功能的心理学内涵、理解生理-心理的相互关系，对相关认知功能的干预训练提供了科学指导。